DE2540937A1 - Gitter fuer bleiakkumulatoren sowie verfahren zur herstellung des gitters - Google Patents

Gitter fuer bleiakkumulatoren sowie verfahren zur herstellung des gitters

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DE2540937A1
DE2540937A1 DE19752540937 DE2540937A DE2540937A1 DE 2540937 A1 DE2540937 A1 DE 2540937A1 DE 19752540937 DE19752540937 DE 19752540937 DE 2540937 A DE2540937 A DE 2540937A DE 2540937 A1 DE2540937 A1 DE 2540937A1
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Reiner Dipl Chem Dr Kiessling
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HAGEN AG ACCU FAB WILHELM
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
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Description

  • Gitter für Bleiakkumulatoren sowie Verfahren zur Herstellung des Gitters.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Bleiakkumulatorengittern.
  • Die gesamte Fertigung von Bleiakkumulatoren erfolgt stets unter den Gesichtspunkten der Kostensenkung und der Verbesserung des Leistungsgewichtes. Dies gilt insbesondere für die Herstellung der Gitterplatten, die üblicherweise aus einem Bleigitter mit aufpastierter elektrochemisch aktiver Masse bestehen. Das Bleigitter wird aus metallischem Blei durch Gießen hergestellt, wobei dem Blei zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit noch härtende Legierungsbestandteile, z.B. Antimon zugesetzt werden. Naturgemäß sind die so hergestellten Gitter nicht billig und zudem sehr schwer.
  • Die Bemühungen der Fachwelt sind zur Zeit primär auf die Verbesserung des Leistungsgewichtes ausgerichtet.
  • Es wurde diesbezüglich vorgeschlagen, die Akkumulatorengitter nicht mehr vollständig aus Blei zu fertigen, sondern ein Trägergitter aus geeignetem Material zu verwenden, das dann mit einem Bleiüberzug versehen wird. Als geeignete Trägermaterialien wurden Kupfer (siehe z.B.
  • DT-OS 2 241 368) oder andere Metall, wie Stahl, Titan und Aluminium (siehe z.B. DT-OS 2 252 712) vorgeschlagen. Auch die Verwendung von Kunststoff-Trägergittern wurde versucht, deren Oberfläche metallisiert und damit elektrisch leitfähig gemacht wurde (siehe z.B. FR-PS 2 086 638). Die meisten dieser Vorschläge, wie z.B. die Verwendung von Titan, Stahl oder Aluminium, sind jedoch nicht über das Versuchsstadium hinausgekommen (vergl. DT-OS 2 252 712, Seite 3) oder aber sind wegen der zu hohen Produktionskosten unrealisierbar.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bleiakkumulatorengitter und/oder ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, das in erster Linie die Fertigung eines kostengünstigen Gitters zuläßt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Elektrolytlösung aus komplexen Fluoriden reines Blei auf einem Trägergitter abgeschieden wird, wobei als Anodenmaterial direkt eingeschmolzener Bleischrott Verwendung findet. Die Verbleiung erfolgt vorzugsweise bei hoher kathodischer Stromdichte und zeitlich variierenden Stromstärken.
  • In der direkten Verarbeitung von Bleischrott, z.B.
  • Akkuschrott, zu Gittern für Bleiakkumulatoren liegt eine erhebliche Kosteneinsparung. Bisher wurde der Bleischrott stets in einer Hütte kostenaufwendig raffiniert und gelangte als möglichst reines Blei zur Weiterverarbeitung. Diesen Aufwand vermeidet die Erfindung. Der Bleischrott wird unmittelbar zu einer Anode vergossen und die reinen Bleibestandteile elektrolytisch auf einem als Kathode geschalteten Trägergitter abgeschieden.
  • Der Bleiüberzug ist dabei vollständig frei von Legierungszusätzen, wie z.B. Antimon, das bisher zur Erhöhung der Festigkeit den Bleigittern zugesetzt wurde, aber auch entscheidende Nachteile hatte (Antimonvergiftung der neg. Masse).
  • Grundsätzlich ist das galvanische Verbleien eines Trägergitters z.B. aus der DT-OS 2 252 712 bekannt. Trotz der hier vorgeschlagenen Verwendung einer speziellen Aluminium/ Silicium-Legierung für das Trägergitter sind aber die Schwierigkeiten unverkennbar, die hier bei der Herstellung eines porenfreien und gleichzeitig elastischen Bleiüberzugs bestehen. Deshalb wird auf Seite 9 dieser DT-OS darauf verwiesen, daß es empfehlenswert ist, den Bleiüberzug zur Verbesserung der Dichtigkeit und zur Ausschaltung möglicher Porosität nachzubehandeln, z.B. mit einem Anlassen in gesteuerter Atmosphäre, einem Pressen oder einer Kugelstrahlbehandlung.
  • Überraschenderweise hat sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Einhaltung der gegebenen Bedingungen gezeigt, daß der erzeugte Bleiüberzug völlig porenfrei ist und auch mechanischen Verformungen standzuhalten vermag, wie sie z.B.
  • beim Pastieren oder bei der Montage des Gitters auftreten -können. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Verbleien bei wesentlich höheren kathodischen Stromdichten als bisher üblich erfolgt, die zudem zeitlich in ihrer Stromstärke variieren.
  • Bei hohen kathodischen Stromdichten ist nicht jeder Elektrolyt im ausreichenden Maße beständig. So ergaben sich z.B. Schwierigkeiten mit Sulfaminsäure. Eine zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht daher vor, daß Borfluorwasserstoffsäure, vorzugsweise aus einer wässrigen Lösung aus 320 g/l Pb(BF4)2 und 30 g/l HBF4, als Elektrolyt Verwendung findet. Auch eignet sich Kieselfluorwasserstoffsäure, vorzugsweise als Lösung aus 350 g/l PbSiF6 und 30 g/l H2SiF6. Als Inhibitor gegen das bei Blei häufig beobachtete Dentritenwachstum empfiehlt sich der Zusatz von Gelatine oder Hydrochinon. Die genannten Basiselektrolyten sind selbst bei hohen kathodischen Stromdichten absolut stabil und erbringen Reinbleiabscheidungen in der gewünschten Qualität.
  • Bei den Bleiakkumulatorengittern, die aus einem Bleiüberzug und einem Trägergitter bestehen, hat das Trägergitter die geforderten mechanischen Festigkeiten aufzubringen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können grundsätzlich als Trägergitter alle elektrisch geeigneten Metalle verwendet werden.
  • Im Sinne einer möglichst kostengünstigen Herstellung des Gitters werden Trägergitter aus Stahl mit einem Reinbleiüberzug von mindestens 0,5 mm Stärke vorgeschlagen. Auch Edelstahl läßt sich hervorragend für Trägergitter verarbeiten und geht eine gute Haftung mit dem Bleiüberzug ein.
  • Wird z.B. ein Trägergitter aus gut leitfähigem Kupfer oder Aluminium mit Akkuschrott verbleit, dann kann wegen der hohen Leitfähigkeit der Querschnitt des Trägergitters gering gewählt werden. Es wird dann jedoch der Bleiüberzug stärker als üblich ausgeführt, da andernfalls der Gesamtquerschnitt und damit die Gesamtoberfläche des verbleiten Gitters nicht ausreicht, um den erforderlichen Stromübergang von der aktiven Masse zu den Stromableitungen zu gewährleisten. Eine geeignete Bleiauflage für Kupfer-oder Aluminium-Trägergitter liegt bei 450 - 500/'.
  • Im Ergebnis können somit Bleiakkumulatorengitter besonders kostengünstig hergestellt werden. Die direkte Verwendung des eingeschmolzenen Bleischrotts in Verbindung mit relativ billigen Trägergittern ist hierfür entscheidend. Zudem wird durch die überzüge aus reinem Blei die Vergiftung der negativen Masse durch den Einfluß von Legierungszusätzen, wie z.B. Antimon, von vornherein ausgeschlossen, so daß damit auch ein Lösungsweg zur wartungsarmen bzw. wartungsfreien Bleibatterie aufgezeigt ist.
  • Aus den nachfolgenden Beispielen sind die Hauptmerkmale erfindungsgemäßer Verbleiungsverfahren erkennbar.
  • Beispiel: St 37 Vorbehandlung: Entfettung in handelsüblichem alkalischem Entfettungsbad mit anodischer Stromstärke 2 5 A/dm für 3 min. bei Raumtemperatur.
  • Dekapieren 30 sec. in wässriger HBF4 oder H2SiF6 mit einem Gehalt von 30 g/l.
  • Verbleiung: Anode: Akkuschrott Bad: 1. wässrige Lösung, enthaltend 320 g/l Pb(BF4)2 und zusätzlich 30 g/l HBF4 unter Zusatz von 10 g/l Hydrochinon oder 2. wässrige Lösung, enthaltend 350 g/l PbSiF6 und zusätzlich 30 g/l H2SiF6 unter Zusatz von 2 g/l Gelatine.
  • Ströme: zu 1. 20 A/dm für 20 min., 50 A/dm2 für 12 min.
  • zu 2. 20 A/dm² für 20 min., 30 A/dm² für 20 min.
  • Auflage: Sehr gleichmäßig in der Stärke mit 0,75 mm.
  • Die Oberfläche weist eine Rauhtiefe von ca.
  • l00/tm auf. Eine Analyse der Auflage ergibt in Prozenten: Anode Anodenschlamm Pb-Auflage Sb 10,0 51 < 0,01 As 0,2 1,3 < 0,01 Ag 0,01 0,04 <0,001 Sn 0,2 0,8 (0,02 Cu 0,03 0,15 #0,000l Fe 0,005 0,10 #0,0005 Bi 0,02 0,06 #0,005 Eine Qualitätsprüfung erfolgte durch anodische Belastung bei 1500 mV gegen Kalomel in Schwefelsäure der Dichte 1,28 g/ml. Eine Auslösung von Fe trat nicht auf, die Verbleiung ist porenfrei.
  • Beispiel: NiCr 18/8 Vorbehandlung: Anodische Entfettung in handelsüblichem alkalischem Entfettungsbad bei anodischem Strom von 5 A/dm2 für 2 min. bei 400 C.
  • Dekapieren 2 min. stromlos in wässriger HBF4 oder H2SiF6 mit einer Konzentration von 30 g/l und mit einem Bleigehalt von 2-5 g/l.
  • Verbleiung: Anode: Akkuschrott Bad: wie vor Ströme: zu 1. 5 A/dm² für 5 min., 45 A/dm² für 18 min., 5 A/dm2 für 5 min.
  • zu 2. 5 A/dm2 für 5 min., 15 A/dm2 für 55 min., 5 A/dm2 für 5 min.
  • Auflage: Die Bleiauflage betrug 0,5 mm, die Eigenschaften sind denen des Beispiels St 37 sehr ähnlich.
  • Beispiel: Aluminium Vorbehandlung: Entfettung wie vor, jedoch bei kathodischer Stromstärke 2 A/dm2 und einer folgenden Aktivierungsbeize in wässriger Lösung enthaltend 350 g/l NaOH und 60 g/l ZnO stromlos für 10 sec.
  • Verbleiung: Anode: Akkuschrott Bad: wie vor Ströme: zu 1. 2 A/dm² für 10 min., 50 A/dm2 für 15 min.
  • für 15 min, zu 2. 2 A/dm für 10 min., 20 A/dm2 für 40 min.
  • Auflage: Stärke ca. 450# . Bei anodischer Belastung in Schwefelsäure der Dichte 1,28 g/ml bei 1500 mV gegen Kalomel und auch bei Prüfung in wässriger NaOH wurden keine Auflösungserscheinungen festgestellt. Die Verbleiung ist porenfrei.
  • Beispiel: Kupfer Vorbehandlung: Entfetten und Dekapieren wie bei St 37.
  • Verbleiung: Anode: Akkuschrott Bad: wie vor Ströme: zu 1. 5 A/dm² für 5 min., 50 A/dm² für 15 min.
  • zu 2. 5 A/dm² für 5 min., 15 A/dm2 für 50 min.
  • Auflage: Schichtstärke 460#. . Bei anodischer Belastung wie vor keine Cu-Auslösung, die Verbleiung ist porenfrei.

Claims (7)

  1. Ansprüche
    Verfahren zum Herstellen eines Bleiakkumulatorengitters, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Elektrolytlösung aus komplexen Fluoriden reines Blei auf einem Trägergitter abgeschieden wird, wobei als Anodenmaterial direkt eingeschmolzener Bleischrott Verwendung findet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbleiung bei hoher kathodischer Stromdichte und zeitlich variierenden Stromstärken erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Elektrolyten aus Borfluorwasserstoffsäure, vorzugsweise aus einer wässrigen Lösung aus 320 g/l Pb(BF4)2 und 30 g/l HBF4.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Elektrolyten aus Kieselfluorwasserstoffsäure, vorzugsweise aus einer wässrigen Lösung aus 350 g/l PbSiF6 und 30 g/l H2SjF6.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Elektrolyten 10 g/l Hydrochinon zugesetzt ist.
  6. 6. Bleiakkumulatorengitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Trägergitter aus Stahl oder Edelstahl mit einem Reinbleiüberzug von mindestens 0,5 mm Stärke.
  7. 7. Bleiakkumulatorengitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Trägergitter aus Kupfer oder Aluminium mit einem Reinbleiüberzug von mindestens 0,45 mm Stärke.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0124745A1 (de) * 1983-04-07 1984-11-14 HAGEN Batterie AG Negative Elektrode für Bleiakkumulatoren
WO1995022642A1 (de) * 1994-02-16 1995-08-24 Hans Warlimont Verfahren zur herstellung einer gehärteten bleibatterieelektrode

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